[發(fā)明專利]一種減輕水泵水輪機(jī)動靜干涉及廠房振動的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710339455.X
• 申請日: 2017-05-15
• 公開（公告）號: CN107143458B
• 公開（公告）日: 2019-08-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐洪泉;桂中華;孟曉超;樊玉林;陸力;莫為澤;廖翠林;李鐵友;王萬鵬;張海平;孟龍;何磊
• 申請（專利權(quán)）人: 中國水利水電科學(xué)研究院;國網(wǎng)新源控股有限公司技術(shù)中心;北京中水科水電科技開發(fā)有限公司
• 主分類號: F03B13/06
• 分類號: F03B13/06;F03B11/04
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 徐寧;何家鵬

本發(fā)明涉及一種減輕水泵水輪機(jī)動靜干涉及廠房振動的方法，其特征在于：包括對水泵水輪機(jī)所做的以下兩個(gè)方面的優(yōu)化：1)優(yōu)化水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)Z_r與活動導(dǎo)葉數(shù)Z_g之間的關(guān)系，使活動導(dǎo)葉數(shù)Z_g不為轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)Z_r的整數(shù)倍，即：Z_g/Z_r≠整數(shù)，并盡可能使活動導(dǎo)葉數(shù)與轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)的比接近1.5、2.5、3.5等值；2)將活動導(dǎo)葉分布圓直徑D₀與轉(zhuǎn)輪高壓側(cè)直徑D₁之比D₀/D₁提高至1.165以上，即加大活動導(dǎo)葉離轉(zhuǎn)輪高壓側(cè)的距離。本發(fā)明是在弄清水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片和活動導(dǎo)葉之間的動靜干涉原理及危害方式的基礎(chǔ)上形成的，能從水泵水輪機(jī)設(shè)計(jì)入手解決問題，解決的是根本問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種減輕水泵水輪機(jī)動靜干涉及廠房振動的方法，屬于水力機(jī)械和抽水蓄能技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

現(xiàn)代的大型抽水蓄能電站多采用抽水與發(fā)電同機(jī)的可逆式水泵水輪機(jī)，其抽水時(shí)作為水泵運(yùn)行，發(fā)電時(shí)作為水輪機(jī)運(yùn)行。可逆混流式水泵水輪機(jī)與常規(guī)的離心泵不同，其設(shè)置有導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，包括活動導(dǎo)葉和固定導(dǎo)葉。在抽水蓄能電站的運(yùn)行中，常遇到水泵水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)輪葉片和靜止(不旋轉(zhuǎn))的導(dǎo)葉(包括活動導(dǎo)葉及固定導(dǎo)葉)之間因動靜干涉引起的大幅值、高頻率壓力脈動，從而引起水泵水輪機(jī)頂蓋、機(jī)架和機(jī)組其它設(shè)備劇烈振動，部分抽水蓄能電站還因此產(chǎn)生非常強(qiáng)烈的廠房振動，噪聲強(qiáng)烈，甚至個(gè)別情況下還因?yàn)閺S房振動造成廠房結(jié)構(gòu)裂紋，嚴(yán)重威脅到電站安全及機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。根據(jù)調(diào)查分析，廠房振動嚴(yán)重的抽水蓄能電站絕大多數(shù)是由水力因素引起，其振動主頻率往往和水泵水輪機(jī)頂蓋、下機(jī)架等振動的主頻率相同，是水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片頻率f_r(f_r＝Z_r·f_n，其中f_n為轉(zhuǎn)速頻率，Z_r為水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片數(shù))的倍頻，以2倍頻和3倍頻居多。

但是，由于目前對動靜干涉的研究還不夠深入，不清楚動靜干涉的機(jī)理和該區(qū)域(轉(zhuǎn)輪葉片和導(dǎo)葉間，常稱為“無葉區(qū)”)壓力脈動的傳播方式，對為什么會產(chǎn)生這些葉片頻率倍頻干涉知之甚少，對如何減輕動靜干涉引起的振動則更無有效措施及方法。雖然日本的田中宏先生曾經(jīng)提出過防止動靜干涉的公式(參見式1)，并認(rèn)為只要不滿足該式，就可以避免動靜干涉發(fā)生，但卻有許多電站遇到過不滿足該式卻發(fā)生動靜干涉的現(xiàn)象。

n·Z_g±k＝m·Z_r (1)

式中：Z_g表示活動導(dǎo)葉數(shù)；Z_r表示轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)；k表示活動導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)輪葉片節(jié)點(diǎn)數(shù)，正整數(shù)，相當(dāng)于Z_g和Z_r的最大公約數(shù)；n表示正整數(shù)系數(shù)；m表示正整數(shù)系數(shù)。

在某些發(fā)生動靜干涉的抽水蓄能電站中，轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)Z_r＝9，活動導(dǎo)葉數(shù)Z_g＝20，顯然其節(jié)點(diǎn)數(shù)k＝1，若使式(1)成立，需n＝4、m＝9；而大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證實(shí)，多數(shù)的干涉現(xiàn)象發(fā)生在n＝1時(shí)，田中宏的文章也認(rèn)可這一事實(shí)。如綜合考慮這兩點(diǎn)，在這些電站條件下，式(1)不成立，不應(yīng)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。即使產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，其干涉頻率也應(yīng)是葉片頻率的9倍。而實(shí)際情況是，這些電站多在固定導(dǎo)葉區(qū)發(fā)生2倍葉片頻率的壓力脈動，并引起頂蓋等部位2f_r頻率振動，部分電站還產(chǎn)生了該頻率的廠房強(qiáng)烈振動。

因此，有必要研究混流式水泵水輪機(jī)動靜干涉的機(jī)理及對廠房振動的影響，并在此基礎(chǔ)上提出減輕水泵水輪機(jī)動靜干涉及廠房振動的有效措施和設(shè)計(jì)方法。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種減輕水泵水輪機(jī)動靜干涉及廠房振動的方法，該方法是在研究清楚混流式水泵水輪機(jī)動靜干涉的機(jī)理及對廠房振動的影響的基礎(chǔ)上提出的，能夠有效減輕混流式水泵水輪機(jī)的動機(jī)干涉及廠房的振動。